深水Spar平台水动力系数计算-2010

Spar式风机基础系统水动力性能研究蒙宣伊;阳航【摘要】本文基于三维水动力学软件Aqwa进行了Spar式风机基础系统的水动力性能研究.通过时域方法,研究系统在额定风速工况下的运动响应.计算时考虑风浪联合作用的影响.最后通过傅里叶变换,得到升沉、纵摇、纵荡和锚链拉力响应谱.【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2017(000)023【总页数】4页(P162-164,166)【关键词】Spar式基础;水动力性能;响应谱【作者】蒙宣伊;阳航【作者单位】湘电风能有限公司,湖南湘潭 411100;湘电风能有限公司,湖南湘潭411100【正文语种】中文【中图分类】P752;TK89海上风能被公认为是一种可以用来满足能量增长需求的可再生能源。

相比海洋中其它可再生能源，比如潮汐能和波浪能，风能的开发及相关技术被认为是成熟的，而且建设相当好。

其中大部分已建成并运行的风场主要是以固定式基础形式，而且水深比较浅。

对于每个可能建成的风场来说，其取决于波浪和风特征、海床特性以及社会条件。

在某一水深，选择使用何种基础时，主要考虑成本相关的问题。

相比传统固定式基础，漂浮式基础整体系统的性能研究是十分必要的，主要原因如下。

（1）它们的固有频率非常低，通常会影响气动阻尼和稳定性。

（2）对于半潜式和Spar来说，它们的位移和旋转运动会与机舱、叶轮的运动相互耦合。

（3）它们锚固在海床上的锚链系统必须包含在整体分析中。

Nielsen等对Spar基础整体动力分析进行了研究。

他们对Hywind的基础进行仿真，并将结果与缩比模型的试验结果进行对比。

Matsukuma和Utsunimiya采用多体动力学理论对一种漂浮式基础在恒定风速下考虑叶轮旋转时的运动响应。

Jokman等在OC3项目中对固定式和漂浮式基础的结构动态响应进行了验证。

Karmirad和Moan采用混合 aero-hydro-elastic时域方法进行了一种Spar式基础在极限情况下的结构响应研究。

Truss Spar平台海上湿拖水动力性能模型实验研究*刘琳，肖龙飞，杨立军（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）摘要：Spar平台作为新一代顺应式深海浮式平台在海洋资源开发方面的应用越来越广泛，湿拖与扶正是Spar平台最典型的海上安装作业过程。

通过Truss Spar平台湿拖过程水动力性能的模型实验，研究分析湿拖状态下Spar平台的运动性能以及垂荡板上典型位置处的相对波浪升高，为工程实践和进一步的理论与数值分析提供参考依据。

关键词：Truss Spar平台；湿拖；水动力性能；模型实验Spar 平台作为一种顺应式海洋平台已经广泛应用于海洋资源开发。

2001年世界上第一座桁架立柱式平台（Truss Spar）在墨西哥湾安装成功，近些年来越来越多的Truss Spar用于海洋石油开采。

国内外已经开展了很多关于Spar平台在位总体性能的研究，涉及在位运动响应、涡激运动等多个方向。

Hong et al.[1]对传统型Spar平台在波浪频率接近平台垂荡固有频率时的运动响应和系泊载荷进行了研究。

Zhang et al.[2]提出了一种新型的Spar平台概念，并对其进行了数值和实验研究。

Tim et al.[3]通过模型实验分析了雷诺数对Truss Spar平台涡激运动的影响。

李彬彬[4]、陈鹏耀[5]等也对Truss Spar平台进行了研究。

由于Spar平台没有自航能力，所以需要将其从建造地移至作业位置。

湿拖是目前工程上常用的一种方法。

在湿拖过程中，平台通常是水平拖到安装水域的，平台的主体像船一样在波浪中运动。

而在湿拖过程中垂荡板上的水动压力比作业过程中的极限条件下的受力还要大，所以这也是垂荡板设计中重要的控制因素。

另外，平台在湿拖过程中的六自由度运动也是湿拖过程中需要关注的性能，平台六自由度的运动对湿拖的安全性有很大的影响。

Wang et al.[6] 以及Lu et al. [7]对在湿拖状态下Truss Spar平台的强度和疲劳进行了分析，并且通过求解时域水动力模型对平台在湿拖过程中的运动和所受载荷进行了计算。

计算的第一步是应用ＷＭＴ Ａ Ｉ软件，进行频域分析 ，获得需要的水 动力参数，包括：运动响应 幅算子 、附加质
量、势能阻尼 、静回复力 ，以及 一阶和 二阶激励力 等。其次是应用Ｈ Ｒ 程序进行 时域耦 合分 析，应用该程 ＡＰ
序建立起Ｓ ａ 系统模 型，以及包 括风 、浪和流在 内的环境模 型，浮体的相关水 动力系数可以从ＷＭ Ｔ ｐｒ Ａ Ｉ 的输 出 文件 中读取。分析考虑不 同的环境 载荷方 向，通过分析获得运动 、气 隙和系泊 张力 等计算结果。计算结果
尺寸 。Ｓ ａ 平 台 的主 尺度参 数见表 １ ｐｒ 。
表 １ Ｓａ 平 台主尺 度参 数 ｐｒ
Ｓ ａ 平 台采用 １ ｐｒ ２根锚 缆系 泊，共 分为三 组 ，每 一组包 括 四根锚缆 ，沿 Ｓ ａ 圆周方 向均 匀布置 ， ｐｒ
如 图 ２１ ． 所示 ． 根锚缆 的组 合为 ：链一 链 ，即连接 在浮体 的上部 链段 长度 为 ８ ｍ，尺寸 为 １ ６ ｍ 每一 缆． ０ ４ｍ 的 Ｒ Ｓ级 别 的无 挡链 ，中部为 ２ ０ ｍ ｌ的钢缆 ，尺寸 为 ｌ ７５ ４ ００ ａ． ｍｍ，连接 锚基 的下 部链段 长度 为 ８ ｍ， ５
尺 寸为 １６ ４ ｍｍ，级别 Ｒ Ｓ ４ 。锚缆 的丰要 性能参 数 见表 ２ 。
表 ２ 锚 缆 的主要性 能参数
设 计 的 Ｓ ａ 平台主 要用于干 式采 油 ，同时可 以回接 水下井 口。该 Ｓ ａ 平 台 中心 井可 以容纳 ７根 ｐｒ ｐｒ 顼张 紧 管 （ Ｔ Ｔ Ｒ）和 两根钢悬 链立 管 （ Ｃ Ｓ Ｒ）。为 了考 虑 管 系统 的影 响，在 建立 Ｓ ａ 系统 的总体 ｐｒ 模 型时 ，对这两 类立管 都要进 行模拟 ，以获得准确 的计 算结 果 。Ｓ ａ 系泊 系统 的布置如 图 １ 示 。 ｐｒ 所

一种新型的Spar平台及其动力特性于国友,苗　青,秦怀泉(东莞理工学院建筑工程系,广东省东莞市　523808)摘　要:介绍了一种新型的Spar平台。

由于Spar平台属柔性连接结构,允许其在一定范围内运动,故二阶漂移力为系统稳定性的控制荷载,而线形波浪力则可导致系泊系统产生疲劳破坏。

为此,文中结合分析此新型平台所受水动力特性,比较其相对于现有Spar平台的优势。

由于浮筒位于水下一定深度处,新型平台所受线性波浪力和二阶波浪力均大幅度减小,尤其是后者可减至现有Spar平台受力的2%左右,所以大大地改善了平台的稳定性和系泊系统的抗疲劳破坏能力。

由于在上部平台和浮筒之间增加了导管架,使得各模块间的连接点大大减小,从而又方便了海上施工作业。

关键词:水动力特性;线性波浪力;二阶波浪力;Spar平台中图分类号:P751 文献标识码:B 文章编号:1003-2029(2007)01-0077-04引言随着海洋资源的开发不断地走向深海,一种新型平台Spar已被成功地建在3000m深的墨西哥湾中。

由于Spar 结构中的重力由浮筒浮力来平衡,所以其浮筒的直径一般在30m至50m之间,浮筒吃水200m左右。

虽然Spa r在正常海况下表现理想,但当波浪周期较大时平台可能与波浪发生共振,产生较大振动位移[1]。

为此,需要对其结构形式加以改进。

本文介绍并分析了一种已获国家专利的新型Spar平台[2]。

由于此平台可大大减小水平向波浪力和竖向变动浮力,所以大大提高了平台的稳定性和抗疲劳破坏能力。

水平波浪力的减小是由于在水面以下一定深度处采用导管架来代替浮筒,从而减小了迎水面面积。

同时迎水面面积的减小又减小了由于波面的变化引起的结构浮力变化,进而减小了竖向周期力的幅值,改善了系泊系统抗疲劳破坏能力。

二阶漂移力的减小可直接改善系统的稳定性,对结构起到保护作用[3]。

本文将结合比较新旧两种Spar平台形式,分析其所受线性波浪力和二阶波浪力幅值及其对平台运动的影响。